Measurement of nuclide production cross-sections of Fe for 0.4-3.0 GeV protons in J-PARC

J-PARCにおける0.4-3.0GeV陽子入射に対するFeの核種生成断面積測定

松田 洋樹  ; 竹下 隼人*; 明午 伸一郎   ; 前川 藤夫  ; 岩元 大樹   

Matsuda, Hiroki; Takeshita, Hayato*; Meigo, Shinichiro; Maekawa, Fujio; Iwamoto, Hiroki

精度の良い核種生成断面積は加速器駆動核変換システム(ADS)設計における放射性廃棄物の取り扱い、放射性廃棄物の遠隔での取り扱い方法の設計、及び放射線作業従事者の被ばく評価に必要とされる。今日まで数多くの実験が行われてきたが、測定データ誤差が数十%を超えるものが時には存在し、いくつか重要な核種に対してはGeVエネルギー領域において実験データが存在しないものがある。この研究では鋼材の最も重要な構成元素である鉄の陽子入射による核種生成断面積を測定した。実験データはPHITSコードに組み込まれているBertiniやINCL4.6モデルを用いて計算した値、及び評価済み核データJENDL-HE/2007と比較した。この研究では(p,xn)反応を介した生成断面積に大きな食い違いがあることが明らかとなった。これは核子-核子散乱やパウリブロッキングなどのさらなる改良が核内カスケードモデルに必要であることを示唆するものであった。

Accurate nuclide production cross-section data are required for the design of Accelerator-Driven nuclear transmutation System (ADS) such as the design of radioactive waste disposal, design of remote-handling procedure of highly activated components, and evaluation of exposure doses of rad-workers. Although much efforts have been devoted to nuclide production cross-section measurements so far, uncertainties of the measured data are sometimes large as several tens percentage, and there is no experimental data in the GeV energy region even for some of important nuclides. In this study, proton induced nuclide production cross-section of iron, which is the most important constituent element of steel, was measured. The present experiment was compared with calculations by the PHITS code with several physics models including Bertini and INCL4.6 and evaluated nuclear data JENDL-HE/2007. The most significant discrepancy found in this study was the production cross sections via the (p,xn) reaction. It was suggested that further improvements, such as the in-medium effect on the nucleon-nucleon scattering and the Pauli blocking, were required in the intra-nuclear cascade models used in this study.